浮选柱是一种新型高效具有柱型槽体结构的无机械搅拌充气式浮选设备，采用矿粒与微细气泡逆流平稳接触的流动方式，提供了大量捕收矿粒的机会。柱内气泡细小均匀，表面积大，在逆流条件下与矿粒接触机会更多，消除了有用矿物在浮选过程中的“短路”现象，有利于提高浮选速度和回收率。柱内泡沫层厚度大，可调节，加上逆流冲洗水的清洗作用，因而选矿富积比大，可以显著提高精矿品位，达到“多、快、好、省”的效果。

技术创新

• 新式微泡发生器：持续的技术改进和创新，现有的微泡发生器已是公司的第四代产品，较上一代产品在通畅性、密闭性和防渗性都有了较大提高。新一代的微泡发生器采用两层密封装置，更改了密封方式，有效解决了发泡器矿浆回浆问题。

• 新型紧固装置：新微泡发生器采用新式紧固装置，解决了矿浆沿发泡器边缘渗漏的问题，装卸容易，便于喷枪的现场检修和维护，实现工作状态下快速维修，更换一支喷枪的时间不超过2分钟。

• 边缘效应导流板：有效消除了柱壁矿浆的短路效应，使得改变方向的矿浆和气泡在柱壁也能达到了和在柱体中部接近的碰撞接触概率，从而提高回收率。

• 新式尾矿调节阀：自主开发的浮选柱专用气动管夹阀，胶管采用特耐磨橡胶(进口)制成，使用寿命较传统调节阀延长2—3倍，调节速度较传统的电动阀快10倍，使液位控制更稳定。每台浮选柱采用双回路尾矿调节，做到调节阀更换不停机，维修更加方便灵活，得到了用户的好评。

• 给矿分配装置：我公司自主研发的多喷头分散给矿装置，是给矿更加均匀，浮选过程更加平稳，有利于提高回收率，喷头采用内三连杆设计，使喷头的使用寿命增加了3倍，分配器弯管采用新型耐磨陶瓷贴层，可以使弯管的使用寿命达到5年。

结构简图

浮选柱结构及工作状态示意图

①给矿系统

给矿系统主要由给矿缓冲箱和矿浆分配器组成，其中给矿缓冲箱的作用是消除经由砂泵扬送的矿浆对柱内矿浆的冲击力，同时减缓由于前段作业给矿不稳对浮选柱的影响，达到均匀给矿的目的。矿浆分配器的作用是确保矿浆在浮选柱整个截面的均匀分布。

②气泡发生系统

气泡发生系统主要由稳压阀、气体流量调节阀和喷枪式微孔发泡器组成。由空压机产生的高压气流经稳压阀和气体流量调节阀的调节，达到浮选柱要求的供气压力和气量，通过喷枪式微孔发泡器喷入浮选柱内。

③液位自动控制系统

液位自动控制系统由浮球装置、超声波探头、可编程逻辑控制器（PLC）和尾矿控制底流气动调节阀组成。在浮选过程中，浮球始终位于矿浆和泡沫的分界面，超声波探头通过探测探头与浮球杆顶部反射板之间的距离，将信号送入PLC，再由PLC控制底流调节阀的开度，从而达到控制液面的目的。

④泡沫淋洗水装置

安装在浮选柱顶部的泡沫淋洗水装置使清水均匀的喷洒到泡沫表面，清洗泡沫的同时，使泡沫产生兼并和重新生成，精矿品位得到进一步的提升。

⑤泡沫排出装置

泡沫排出装置由位于浮选柱上部的隔板和泡沫槽组成，浮选产生的泡沫通过隔板均匀、顺畅的排出到泡沫槽。

⑥工业视频监视器

通过安装在浮选柱顶部的摄像头，能够方便、及时地了解浮选柱的生产情况以做出相应调整。

控制系统及特点介绍

（1）系统组成

本自动控制系统由硬件平台、软件平台、现场总线、自动化仪表、调节阀、气源、控制箱等组成。实现对浮选柱生产过程的自动化控制。

1.1网络选择

根据现场控制及设计要求，考虑到此控制系统应该具备的先进性、合理性，我们采用了有较广的制造基础和较多使用经验的PROFIBUS现场总线控制模式。与其他总线控制系统相比较，PROFIBUS的优势很明显：

• PROFIBUS被广泛地应用冶金、化工等行业的过程控制系统，是一项非常成熟的技术，作为一种开放的现场总线，世界范围内从事的各大厂商都定义了与PROFIBUS的接口，生产出各种符合PROFIBUS标准的检测仪表及控制设备，这样就使得用户有了充分的选择余地；

• 对于一个复杂的生产过程，PROFIBUS的应用可以大大减少控制系统在导线等方面的投资，同时由于其响应快、工作可靠等特点大大降低了过去由于一点故障而导致全系统瘫痪现象的发生（这是由于在PROFIBUS总线上，一个节点出现故障，其他节点能正常工作）。

• SIEMENS的S7系列PLC直接支持PROFIBUS现场总线，能充分利用PLC的功能，减少了通讯模块的设备费用。

• PROFIBUS现场总线直接通信距离为1200米，减少了中继设备的使用，提高了网络的反应速度和减少系统故障点。

• PROFIBUS现场总线的通信速度最高可以达到12M，网络速度较快，控制响应及时。

• SIEMENS公司在PROFIBUS总线上开发了大量的网络互连设备，包括无线联网设备，可以连接企业局域网、Internet、甚至可以直接将故障信息和运行信息通过E-mail发送给系统维护人员。

• PROFIBUS产品资源丰富，全球有650多家大公司生产PROFIBUS的产品，涵盖了工业自动控制的各个方面，能实现各种特殊功能。

• 合理的价格，可以使同样的投入能获得更高的性能。

• SIEMENS公司从软件到硬件都提供了与其它现场总线的接口，能兼容很多著名的现场总线系统，具有较高的开放性。

• 可靠和确实的网络故障诊断功能，为网络维护提供重要的诊断数据，保证了网络的迅速恢复能力。

• 简单、快速的起动能力使得网络通讯从中断到恢复通信所需时间小于0.3秒。

• 专业的工业现场网络能在非常恶劣的环境中运行，为现场设备的有效控制提供了强有力的支持。

• 丰富的硬件和软件资源，使得系统开发速度快、开发效率高。

1.2系统结构

系统采用现场直操作结构，整个控制系统分为二层。

第一层为现场控制层，实现数据采集，控制算法的实施，工艺信号的连锁等功能。

第二层为设备层，即各类智能传送器、接触器、断路器等执行机构和各种检测仪器、仪表，完成上层发出的命令和数据采集。

• 控制层

控制层为主控自动化系统（西门子S7-200/300），是整个控制系统的核心部分。

• 设备层

包括液位计、流量计、矿浆调节阀、电动调节阀、压力变送器检测控制设备单元组成。

1.3系统软硬件配置和选型

1.3.1软件平台的选择

软件平台是在计算机终端上显示现场设备的状态和运行参数的软件，直观形象地显示了现场设备的运行状态，是人机交互的最好表现，也是自动化系统正常运行的重要组成部分。

随着工业自动化过程控制理论和计算机技术的迅猛发展，以及对工业自动化过程控制系统的可靠性、复杂性、功能的完善性、系统的可维护性、人机界面的友好性、数据的可分析可管理性等各个方面都提出了愈来愈高的要求, 同时也为工业自动化过程控制系统的发展指明了方向：

• 系统之间的横向数据交换日益增加

• 系统与管理层和现场仪表级的数据交换日益增加

• 现场总线的应用越来越广泛

厂商的产品日益开放，通过OPC、SQL等技术使得不同系统之间的准确、高速、大量的数据交换得以实现全集成，一体化的解决方案，SIMATIC WINCC控制系统就是在这种形势下开发的新一代过程控制系统，它是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产的控制系统，我们经过反复比较和探讨， 选择了德国西门子公司的SIMATIC WINCC的可订货的最新版本V6.0。

WINCC控制系统为自动化应用提供统一和开放的技术环境，这主要包括：数据管理、通信、组态和编程软件。

SIMATIC WINCC的突出特点有：

• 高度的可靠性和稳定性

• 高速度，大容量的控制器

• 集中的，从上到下的组态方式

• 集中的友好的人机界面

• 含有配方功能的批量处理包

• 开放的结构，可以同管理级进行通讯

• 同现场总线技术溶为一体

1.3.2主控制器的选择

现在许多的浮选柱厂家，选用的控制器都是一种数字仪表，只具有单一的PID调节功能，并且调试维护都很不方便。为此，我们选用了德国西门子S7-200系列控制器。S7-200功能强大，响应时间快，易于维护。

1.3.3液位变送器

为了达到浮选柱液面控制高精度的要求，我们选用了E+H超声波液位计，采用无接触的浮子检测法，来实时检测浮选柱的液面变化。E+H超声波我们在现场已经应用了300多个，效果良好。

1.3.4矿浆调节阀

我公司进过多年的技术积累，根据客户的需求开发出智能控制尾矿调节阀，采用国外先进的控制部件和耐磨材料，代替进口阀，具有调节性能好、耐磨、维修方便的特点；价格只有进口设备的1/2；驱动电压与信号源并用同一个弱电信号，一源双用，安全可靠节能。调节速度较传统的电动阀快10～15倍，使液位控制在工艺条件改变的情况下，在极短的时间内使调节达到平衡，准确而迅速地解决了以往传统电动阀调节滞后、偏差较大的毛病。

1.3.5空气流量计

浮选柱的充气流量是一个重要的工艺参数，直接影响了浮选柱的选别效果。所以必须为自控系统提供一个，高精度，准确的流量参数，为浮选柱的自动控制提供有利条件。

Fischer&Porter流量计，精度达到1％，量程比大-1：10，流阻小。

1.3.6电动调节阀

KVV-3000系列电动调节阀，球芯上的V型口与阀座之间具有剪切作用，具有结构简单，紧凑，体积小，重量轻，维护方便，流体通道成线性，流阻小，流通能力大，可调范围大，适用于矿山行业。我公司已在矿上行业应用了300多台，效果很好。

1.4系统的可靠性设计

系统在电气方面主要通过设备接地信号处理、传输信号屏蔽、选择合适的抗干扰措施来实现。

系统核心设备采用平均无故障时间较长、易于维护的设备，并参照当前国有大中型企业长期使用的设备品牌。辅助设备采用先进的通用设备，便于现场人员的使用与维护。

（2）系统功能

浮选柱与传统的机械式浮选机相比具有选矿效率高、投资费用少、生产费用低、占地面积小、药剂用量少、易于自动控制、更适于微细粒的分选等特点。

浮选柱的选矿效率高，矿浆在柱内矿化速度快，因此，浮选柱对各种干扰因素非常敏感，这就要求必须有相应的自动检测与控制系统，通过精矿品位的在线检测，进矿和尾矿的浓度分析，PID自动调节液面和气量，可以很好的稳定浮选柱的工况，确保浮选柱的分选精度。

2.1液位检测和控制

浮选柱是一种矿浆与气泡逆向流动的设备。泡沫层的厚度以及浮选柱内矿浆液面的位置是影响浮选柱精矿品位和产率的重要因素。液位过低，泡沫层过高，虽然在一定条件下对精矿品位有好处，但浮选泡沫刮不出，出现尾矿品位升高，造成有用矿物流失，反之，液位过高，矿浆流入泡沫槽，影响精矿品位。由于矿浆在柱体内矿化速度快，因此，稳定浮选柱的工作状况，对保证浮选效果尤为重要。另外，不同选别阶段液位的要求也不一样，所以保证浮选柱液位的稳定在实际生产中非常重要。

浮选柱柱内的矿浆液面是指精选区和捕集区的分界面。大量的矿化气泡不停的从捕集区向上进入精选区，实际上这里并不存在明显的分界面，所谓的分界面是指捕集区和精选区之间的过渡带。在它之上的矿浆中含有大量的矿化气泡，之下则含有少量的气泡矿浆。这个过渡带一直处于小幅度的波动和旋流状态中，由于矿化气泡不断的溢出和矿浆不断的补充，使这个过渡带只能被看成近似短暂的动态平衡。正是因为浮选柱液面的这些特点，它与其他液位检测方法有所不同。现在国内外常用的浮选柱液位检测方法使浮子液位检测法。

液位控制的方案使根据液位的设定值与液位的检测值两者之间的偏差，通过PID方程进行运算，自动调节浮选柱底部尾矿出口的阀门开度，使液位的检测值能够跟踪浮选柱的设定值，从而达到控制浮选柱液位的目的。

2.2充气量和充气压力的检测和控制

浮选柱充气量和充气压力的变化也是影响浮选柱选别效果的因素之一。充气量和充气压力的大小及稳定状况，直接影响了浮选柱的精矿品位和回收率。

由于压缩空气的压力受空压机的工作状态影响而常常不稳定，所以我们采用了高精度的自力式减压阀，来稳定浮选柱的充气压力。

浮选柱的充气量的调整不是很频繁，一般都稳定在一个小区间。我们采用高精度的空气流量计来检测充气量，并根据当前的气量和泡沫来改变气体调节阀冲气量的开度，以达到改变冲气量大小的目的，满足工艺的要求。

浮选柱设备参数表